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撰文｜Hoshea
全球新能源发展浪潮之下，汽车电动化的步伐在持续提速，乘联会数据显示，2022年1-8月，新能源乘用车国内零售326.2万辆，同比增长119.7%。同时，新能源车市场高景气带动了电池出货环比增加，比亚迪CTB、宁德时代麒麟电池、蜂巢能源叠片技术等新体系持续迭代创新，技术优势稳固领先份额。具体来看，其中动力电池领域的一个趋势就是叠片工艺替代卷绕工艺。据悉，叠片电池相比卷绕电池，具有低内阻、高放电率、高能量密度、适用范围广泛、安全性能更稳定等多个优势，随着动力电池向大尺寸、大容量方向发展，叠片电池凭借其种种优势，正逐渐取代卷绕电池。然而叠片工艺由于起步较晚、工艺复杂程度高，在效率方面稍滞后于卷绕工艺，但近年来，随着叠片技术的持续迭代、发展，叠片效率的提高级叠片电池在多个方面优势逐渐显现，叠片工艺有望在本轮技术革命中赶超卷绕工艺。都提到切叠一体机，那么，切叠一体机究竟是什么？有着多大的市场需求？其研发又有怎么样的难点？本文中，「高工机器人」对话了上海君屹工业自动化股份有限公司（以下简称“上海君屹”）副总经理李伟，试图一探究竟。君屹即将推出的超长电芯650规格全自动切叠一体机产品受锂电池产业近年来的扩产需求带动，我国锂电设备市场需求正在快速增长。高工产研锂电研究所（GGII）数据显示，2021年中国锂电生产设备市场规模为588亿，同比增长104.88%，较2015年的120亿元增长了3.9倍。GGII预计未来几年锂电设备市场规模将高速增长，到2025年，中国锂电设备市场规模将达1200亿元。具体来看，锂电设备按照电池生产制造流程，划分为前段设备、中段设备、后段设备，其中中段设备价值比重约为35%，卷绕/叠片机是中段设备的核心，价值占比约60-70%。以60%的价值占比估算，2025年，中国叠片机/卷绕机的市场规模将达249亿元。“从电芯制作工艺的变化来看，2018年是动力电池领域一个重要的时间节点”，李伟讲到。据悉，2018年之前，电芯的封装工艺多为卷绕形式，以专机设备为主，彼时，早期提供电芯卷绕专机的设备供应商已占据明显市场优势和技术优势。而2019年以来，随着新能源车的推广及普及，人们对新能源汽车也提出如续航里程更久、充电更快等越来越多的需求，此背景下，多家动力电池企业纷纷披露关于长电芯的布局，如蜂巢能源发布《中国车规级动力高速叠片电池发展白皮书》、比亚迪推出“刀片电池”、宁德时代发布“麒麟电池”。据悉，长电芯采用叠片工艺，相比于传统的卷绕工艺，可使极芯压实密度更高，厚度更薄，有效提升能量密度和安全性，顺应了电芯能量密度比提升的趋势。李伟表示：“新能源车市场持续增大，对动力电池的要求也愈发增高，电芯生产工艺向‘叠时代’迈进，长电芯将拥有广泛的市场应用需求，叠片机的市场空间也将随之迅速增大。上海君屹出于看好这一趋势，自2019年就已开始布局叠片机。”重金之下，必有勇夫，越来越多的入局者开始研发叠片机产品，然而，叠片机的研发并不简单，首先技术难度高，工艺路线并未有统一的行业标准，此外存在着overhang指标 、裁切后粉尘的工位处理、软控联动及补偿控制、稼动律的提升等多个痛点。种种难点下，叠片机市场对入局者的研发能力、技术水平、资金、工艺了解程度等提出了苛刻的要求。据悉，上海君屹自2019年开始布局叠片机产品，历时1年多的全工位DOE验证，同时与多家能源企业进行工艺路线联合开发。在2021年底开始自研技术难度较高的Z字形高速切叠一体机，至今，上海君屹的高速切叠一体机产品已进入调试验证阶段。苛刻条件下，上海君屹如何打破僵局？在李伟看来，基于技术实力、管理团队、服务团队等硬实力，通过与叠片机上下游企业的充分沟通，加以长久以来积累的工艺整合能力、产线开发能力，足以让上海君屹的切叠一体机产品在市场占据一席之地。具体来看，在技术实力上，上海君屹自2009年成立之初就专注于动力电池领域智能整线立体化的工程服务，且在 2016年开始布局锂电领域高智能化整线设备的研发，截至目前，已掌握新能源模组/Pack段的关键技术，并拥有自建MES及视觉实施团队。在管理团队上，公司管理团队来自工业自动化ABB公司，具有外企的工作背景并且管理层均是技术人员出身，对市场变化趋势较为敏感，同时具有较强的执行力。在项目团队上，基于公司管理机构扁平化的方式，通过事业部制运营模式，一旦公司项目突发紧急需求，团队可快速响应，公司高层可以及时进行资源调配，迅速解题。公司下游供应商反馈，君屹行业口碑较好，是一个讲诚信的企业。除此之外，上海君屹已服务比亚迪、宁德时代、蜂巢能源、中创新航、兰钧新能源、天津力神、光束汽车、理想汽车、富士康等等一批国内外知名企业，基于与上述客户的合作，上海君屹可以充分了解到动力电池的最新技术发展，让自研的切叠一体机产品可以与各家企业的新技术新工艺搭配使用。谈及研发切叠一体机中遇到的最大难题，李伟回忆到：“研发一台全新的业界性能最高的设备所遇到的困难非常多，人员、资金、工艺是最主要的问题，其中人员和资金都比较容易解决，因为上海君屹非常重视电芯端设备研发，在相应人员和资金都有所倾斜。研发过程中遇到的最大的问题是对工艺的理解，尤其是对高速机结合具体生产工艺的控制要点，和现有类似设备生产过程中所存在的问题。”据透露，基于深耕锂电设备九年多和业界主流电池厂、核心元器件供应商的深入合作，上海君屹在立项研发切叠一体机之初就与切叠机上下游企业进行了深入的交流、探索，在方案阶段就直面生产过程的痛点和难点、能对生产工艺有深入的理解，让上海君屹的切叠一体机贴合现有生产工艺，理论性能上达到业界先进水平。以视觉系统研发为例，极片裁切前的位置度检测、叠片前的缺陷检测、位置度检测可以有效确保电芯层叠良率，是历来电芯设备开发中的关键点，也是专机设备研发中的困难点。针对这一难点，上海君屹研发团队与视觉开发团队通力合作，灵活运用面阵相机、线阵相机等高速相机，结合自研的深度学习算法及MES数据追溯系统，开发了一套高效、可靠的视觉方案，可充分保证切叠一体机的层叠良率。在最终产品呈现上，上海君屹即将推出超长电芯650规格的全自动切叠一体机产品，整机叠片效率达到260~320PPM，极片对齐度±0.3mm，综合性能达到行业先进水平，同时拥有6大优势点：1.采用卧式结构主体保证设备具有超高稳定性和抗震平稳性。3.使用电子凸轮控制策略（ECAM）及利用良好的数学模型，实现叠片机最优曲线控制。4.采用标准PackML状态机软件控制架构，结合多叠台工位使叠片生产效率达到最佳状态。6.设备采用EtherCAT总线通讯方式，实现高速运动控制。“切叠一体机作为电芯中段设备，扮演着承上启下、不可分割的角色，是上海君屹从模组pack到电芯的核心研发方向，进一步提高了上海君屹在锂电设备领域研发实力的上限。同时，全自动三工位切叠一体机的落地，将让上海君屹从电芯/模组产线供应商顺利切入至电芯端设备供商领域，让公司在动力电池领域获取订单和交付能力将进一步提升”， 谈及切叠一体机对上海君屹的意义时李伟讲到。据透露，在切叠一体机之后，上海君屹已将研发团队投入到电芯的入壳、注液、封口等工序，夯实电芯中段生产设备的研发实力。同时上海君屹在持续扩大研发团队，布局至电芯前段（搅拌、涂布、制片、极耳成型）及电芯后段（化成、分容、静置、检测）之中，以期为锂电池头部客户打造智能生产工厂，成为拥有从电芯到模组pack全覆盖的整线交付能力的供应商。